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Einfluß verschiedener Desinfektions- und Sterilisationsverfahren für allogene Knochentransplantate auf die Osteoblastenfunktion in-vitro
In speziellen Situationen mit ausgedehntem Knochensubstanzverlusst ist die Verwendung von allogenen Knochentransplantaten unumgänglich. Das allogene Knochentransplantat muss dabei viele Anforderungen erfüllen, die vor allem seine Sterilität, die Erhaltung der osteokonduktiviven u...
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| Main Author: | |
|---|---|
| Contributors: | |
| Format: | Doctoral Thesis |
| Language: | German |
| Published: |
Philipps-Universität Marburg
2004
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| Subjects: | |
| Online Access: | PDF Full Text |
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| Summary: | In speziellen Situationen mit ausgedehntem
Knochensubstanzverlusst ist die Verwendung von allogenen
Knochentransplantaten unumgänglich. Das allogene
Knochentransplantat muss dabei viele Anforderungen erfüllen,
die vor allem seine Sterilität, die Erhaltung der
osteokonduktiviven und osteoinduktiviven Eigenschaften, sowie
eine adäquate Resorbierbarkeit betreffen. Aufgrund der
Problematik einer potenziellen Krankheitserregerübertragung
durch allogene Knochentransplantate werden heute zahlreiche
Knochendesinfektions- und Sterilisationsverfahren angewendet.
Die biologischen Eigenschaften unterschiedlich behandelter
Knochentransplantate sind aufgrund ihrer physikalischen und
chemischen Veränderung im Hinblick auf die Einheilung und das
Knochenremodelling jedoch sehr unterschiedlich. Als eine
mögliche Erklärung für diese Beobachtungen wird die Erhaltung
bzw. die Zerstörung von bestimmten Proteinbestandteilen (z.B.
BMP) der Knochenmatrix postuliert, die eine osteoinduktive
Potenz aufweisen. Als Zielzellen dieser Proteine fungieren
unter anderem die Osteoblasten, die ihrerseits neues Osteoid
bilden, die Osteoklasten aktivieren und so das
Knochentransplantatremodelling einleiten. In der vorliegenden
Arbeit wurde der Einfluss von fünf etablierten
Knochendesinfektions- und Sterilisationsverfahren
(Autoklavierung, Ethylenoxidsterilisation, Demineralisierung
und Niedrig-Temperatur-Plasmasterlisation, Chemische
Sterilisation nach TutoplastÒ, Thermodesinfektion bei 80°C) auf
die Osteoblastenfunktion untersucht, um die Veränderung der
Zelladhäsion, der Vitalität, der Proliferation, der
Differenzierung und der Proteinsyntheseaktivität nachzuweisen.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Temperaturbehandlung der
Knochenmatrix eine Auswirkung auf die Adhäsion der Osteoblasten
hat. Die Behandlung mit besonders hohen Temperaturen
(Autoklavierung) führt dazu, dass im serumhaltigen Medium die
Zelladhäsion im Vergleich zur D-NTP-Gruppe (Demineralisierung
und Niedrigtemperatur-Plasmasterilisation) verlangsamt erfolgt.
Die D-NTP-Gruppe zeigte von allen Gruppen insgesamt die
höchsten Adhäsionsraten. Die Bedeutung der Serumproteine für
den Adhäsionsprozess der Osteoblasten auf der Knochenmatrix
wurde aus dem analogen Versuch ohne Serumzusatz zum Medium
ersichtlich. Die Zelladhäsionsdynamik war insgesamt
verlangsamt, wobei die Zellen der D-NTP-Gruppe wiederum
schneller adhärent wurden. Die deutlichen Unterschiede zwischen
der AUT- und anderen Testgruppen egalisierten sich vollständig,
wenn das Serum im Inkubationsmedium fehlte, was für die
Veränderung der Bindungskapazität der Knochenmatrix für
Serumproteine durch die Erhitzung spricht. Betrachtet man die
Ergebnisse einzelner Versuche insgesamt und vor allem solche
Proliferationsparameter wie MTT-Aktivität und DNA-Gehalt, so
lässt sich zweifelsfrei ein stimulativer Effekt der
Knochenmatrix auf das Wachstum und die Differenzierung der
periostalen Osleoblasten feststellen. Bei vergleichbar
schneller Proliferation der Zellen der Kontrollgruppe waren die
spezifischen Differenzierungsparameter (Osteokalzinsynthese) in
der Kontrollgruppe im Vergleich zu anderen Testgruppen merklich
verringert. Die höchsten Proliferationsraten nach 1 und 3
Wochen wurden im MTT-Versuch in der D-NTP-Gruppe festgestellt.
Diese Ergebnisse korrespondieren mit dem DNA-Gehalt der
Zellkulturen in der D-NTP-Gruppe, der nach der ersten Woche auf
das 3,7fache und nach der dritten Woche auf das 9,4fache des
Ausgangswertes und deutlich höher, als in allen anderen
Gruppen, zugenommen hatte. Die höchste Konzentration der
gelösten Proteinsubstanz wurde nach der ersten Woche in der
CLD-Gruppe (Tutoplast-Verfahren) registriert. Während der
weiteren Inkubation waren die höchsten Proteinkonzentrationen
wiederum in der D-NTP-Gruppe beobachtet. Ähnlich hohe
Konzentrationen wurden in den CLD- und 80°C-Gruppen erst nach
einer Inkubationsdauer von 4 Wochen erreicht. Eine ähnliche
Tendenz war auch aus der Gesamtproteinbestimmung des Zelllayers
festzustellen, wobei die höchsten Werte in der D-NTP-Gruppe
sowohl nach zwei, als auch nach vier Wochen gemessen wurden.
Extrazelluläre Matrixproteine wie Kollagen Typ I sind notwendig
für die Adhäsion, Migration, Proliferation und Differenzierung
der Osteoblasten. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass
verschiedene Behandlungsmethoden für Knochentransplantate die
Kollagensynthese der Osteoblasten beeinflussen. Die höchsten
Konzentrationen des Kollagen Typ I und III konnte in der
D-NTP-Gruppe beobachtet werden. Diese Marker der ECM-Synthese
korrelieren in dieser Gruppe mit den Ergebnissen der
Gesamtproteinbestimmung und der Osteokalzinexpression, dem
wichtigsten Marker der Osteoblastendifferenzierung. Die
D-NTP-Behandlung der Knochentransplantate führt demnach nicht
nur zu einer starken Induktion der Zellproliferation und
Differenzierung der Osteoblasten, sondern auch zu einer
deutlich verstärkten Expression der extrazellulären Matrix. Die
zweithöchste Expression des Kollagen Typ I wurde in der
80°C-Gruppe festgestellt, gefolgt von den AUT-, CLD- und der
EtO-Gruppen. Die vorliegende Arbeit beschreibt ein
in-vitro-Modell zur Untersuchung des Einflusses verschiedener
Sterilisations- und Desinfektionsverfahren für allogene
Knochentransplantate auf die Funktion primärer boviner
Osteoblasten. Im vorliegenden Versuch konnte zum ersten Mal ein
deutlicher Einfluss unterschiedlicher Desinfektions- und
Sterilisationsverfahren für Knochentransplantate auf die
Osteoblastenfunktion gezeigt werden. |
|---|---|
| DOI: | 10.17192/z2004.0215 |